[發(fā)明專利]一種基于輪廓特征約束配準(zhǔn)的飛機(jī)蒙皮檢測(cè)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110941410.6
• 申請(qǐng)日: 2021-08-17
• 公開（公告）號(hào): CN113628262A
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 崔海華;田威;胡廣露;廖文和;張益華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T7/33
• 分類號(hào): G06T7/33;G06T7/136;G06T7/13;G06T7/12;G06K9/62
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 王安琪

本發(fā)明公開了一種基于輪廓特征約束配準(zhǔn)的飛機(jī)蒙皮檢測(cè)方法，包括如下步驟：獲取飛機(jī)蒙皮的測(cè)量數(shù)據(jù)和CAD模型點(diǎn)集；通過(guò)點(diǎn)云邊界提取獲得飛機(jī)蒙皮的輪廓點(diǎn)云，單獨(dú)離散CAD模型中的蒙皮輪廓點(diǎn)云，獲取相應(yīng)的點(diǎn)集；基于曲率均方差計(jì)算輪廓上的Cκ特征點(diǎn)，基于歐氏距離對(duì)特征點(diǎn)進(jìn)行聚類；在快速點(diǎn)特征直方圖的基礎(chǔ)上引入距離特征，提出FPFH?d特征點(diǎn)描述算法，并計(jì)算蒙皮測(cè)量數(shù)據(jù)輪廓點(diǎn)集與CAD數(shù)據(jù)輪廓點(diǎn)集中的對(duì)應(yīng)點(diǎn)；根據(jù)輪廓上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)求解蒙皮測(cè)量數(shù)據(jù)輪廓點(diǎn)集與CAD數(shù)據(jù)輪廓點(diǎn)集的初始配準(zhǔn)矩陣，以輪廓特征點(diǎn)配準(zhǔn)為約束求解最優(yōu)空間變換矩陣，根據(jù)配準(zhǔn)結(jié)果的均方根誤差，計(jì)算變形量。本發(fā)明能夠有效的解決飛機(jī)蒙皮由于表面特征少導(dǎo)致無(wú)法準(zhǔn)確配準(zhǔn)的問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及飛機(jī)蒙皮檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于輪廓特征約束配準(zhǔn)的飛機(jī)蒙皮檢測(cè)方法。

背景技術(shù)

飛機(jī)蒙皮零件是飛機(jī)氣動(dòng)外形的重要組成部分，具有尺寸大、易變形的特點(diǎn)。蒙皮類零件的加工質(zhì)量直接影響飛機(jī)的整體裝配精度，其精確檢測(cè)對(duì)于飛機(jī)制造具有重要意義。隨著光學(xué)測(cè)量設(shè)備的發(fā)展，已經(jīng)能夠快速獲取被測(cè)零部件的表面三維數(shù)據(jù)，檢測(cè)蒙皮的制造誤差就是對(duì)蒙皮的測(cè)量數(shù)據(jù)與理論模型進(jìn)行比對(duì)的過(guò)程，通過(guò)統(tǒng)一測(cè)量點(diǎn)云和設(shè)計(jì)模型的坐標(biāo)系，將測(cè)量點(diǎn)云轉(zhuǎn)換到模型坐標(biāo)系中，確定測(cè)量點(diǎn)與模型數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，計(jì)算兩者間的距離就是被測(cè)對(duì)象此處的與設(shè)計(jì)模型的偏移量。通過(guò)對(duì)齊飛機(jī)蒙皮測(cè)量點(diǎn)云和模型數(shù)據(jù)，可以獲取飛機(jī)蒙皮整體制造誤差情況，檢測(cè)結(jié)果可以用來(lái)進(jìn)行蒙皮型面修正等操作，因此實(shí)現(xiàn)飛機(jī)蒙皮測(cè)量點(diǎn)云和模型數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)對(duì)齊是飛機(jī)蒙皮檢測(cè)中的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。

對(duì)于點(diǎn)云配準(zhǔn)技術(shù)雖然已經(jīng)做了比較詳細(xì)的研究，但是對(duì)于弱紋理點(diǎn)云配準(zhǔn)，尤其是類似于光滑無(wú)孔特征飛機(jī)蒙皮這種薄壁類零件的配準(zhǔn)方法還存在欠缺。在配準(zhǔn)過(guò)程中一般都是會(huì)使用以特征點(diǎn)作為配準(zhǔn)約束進(jìn)行配準(zhǔn)，但由于飛機(jī)蒙皮特征少，因此配準(zhǔn)錯(cuò)位的情況依舊存在。現(xiàn)有方法不能很好地解決無(wú)孔弱紋理飛機(jī)蒙皮的精確配準(zhǔn)，在型面光滑區(qū)域不能有效的區(qū)分對(duì)應(yīng)關(guān)系，這種錯(cuò)誤的對(duì)應(yīng)關(guān)系會(huì)導(dǎo)致飛機(jī)蒙皮的制造誤差的計(jì)算錯(cuò)誤，進(jìn)而導(dǎo)致飛機(jī)蒙皮出現(xiàn)誤檢。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，提供一種基于輪廓特征約束配準(zhǔn)的飛機(jī)蒙皮檢測(cè)方法，能夠有效的解決飛機(jī)蒙皮由于表面特征少導(dǎo)致無(wú)法準(zhǔn)確配準(zhǔn)的問(wèn)題。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于輪廓特征約束配準(zhǔn)的飛機(jī)蒙皮檢測(cè)方法，包括如下步驟：

(1)獲取飛機(jī)蒙皮的測(cè)量數(shù)據(jù)和CAD模型點(diǎn)集；

(2)通過(guò)點(diǎn)云邊界提取獲得飛機(jī)蒙皮的輪廓點(diǎn)云，單獨(dú)離散CAD模型中的蒙皮輪廓點(diǎn)云，獲取相應(yīng)的點(diǎn)集；

(3)基于曲率均方差計(jì)算輪廓上的Cκ特征點(diǎn)，基于歐氏距離對(duì)特征點(diǎn)進(jìn)行聚類；

(4)在快速點(diǎn)特征直方圖的基礎(chǔ)上引入距離特征，提出FPFH-d特征點(diǎn)描述算法，并計(jì)算蒙皮測(cè)量數(shù)據(jù)輪廓點(diǎn)集與CAD數(shù)據(jù)輪廓點(diǎn)集中的對(duì)應(yīng)點(diǎn)；

(5)根據(jù)輪廓上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)求解蒙皮測(cè)量數(shù)據(jù)輪廓點(diǎn)集與CAD數(shù)據(jù)輪廓點(diǎn)集的初始配準(zhǔn)矩陣，以輪廓特征點(diǎn)配準(zhǔn)為約束求解最優(yōu)空間變換矩陣，根據(jù)配準(zhǔn)結(jié)果的均方根誤差，計(jì)算變形量。

優(yōu)選的，步驟(3)中，基于曲率均方差計(jì)算輪廓上的Cκ特征點(diǎn)包括如下步驟：

(31)利用主成分分析法估計(jì)點(diǎn)云中離散點(diǎn)的法線和曲率，利用點(diǎn)云中某個(gè)離散點(diǎn)P_a周圍特定數(shù)量的n個(gè)三維點(diǎn)構(gòu)建鄰域點(diǎn)的協(xié)方差矩陣：

式中p_i為P_a鄰域范圍內(nèi)第i個(gè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，為鄰域點(diǎn)的重心坐標(biāo)，n為鄰域點(diǎn)的個(gè)數(shù)，在實(shí)際計(jì)算中，n根據(jù)局部點(diǎn)云密度確定；

(32)設(shè)λ(i＝1,2,3)，u_i(i＝1,2,3)分別為協(xié)方差矩陣C的特征值與對(duì)應(yīng)的特征向量，則P_a點(diǎn)的曲率為